外周组织中甲状腺激素的代谢转化决定其生物学效能，调节其生物学效应。因此，有关甲状腺激素代谢途径的知识有助于对甲状腺病理生理的理解。血浆中存在多种碘化甲腺氨酸及其代谢衍生物。其中，T4浓度最高且由甲状腺直接分泌而来。正常人群中，T3也可由甲状腺分泌，但约80%由外周组织T4脱碘而来（外环或5′单脱碘作用）。外周组织中T4和T3可产生其余的碘化甲状腺原氨酸及其衍生物。主要包括3,3′,5′-三碘甲状腺原氨酸（反T3或rT3）和3,3′-DL二碘甲状腺原氨酸。还有微量的其他二碘甲状腺原氨酸、单碘甲状腺原氨酸和葡萄糖醛酸、硫酸结合物。产生醋酸而不是丙氨酸侧链的T4和T3的脱氨基衍生物以低浓度出现。
外周组织中D2介导T4向T3转化，是正常人群血浆T3的主要来源，同时也能够增强D2的活性，导致T4能够更有效地被利用转化为T3。此外，甲状腺外组织中的T3清除率减低，这一减低可能是由于D1和D3活性的减低从而引起5′脱碘酶的减少所致，这一现象在甲减患者的甲状腺外组织中被观察到。Graves病患者由于循环中甲状腺刺激性免疫球蛋白的增多，模拟了TSH对组织器官的刺激效应，引起D1和D2的mRNA和活性显著增加，外周组织中D1表达也升高 [15]。尽管D1对T4转化为T3作用较微弱，但是在这种情况下，D1活性的明显升高最近被证实是循环T3的主要来源，同多结节性甲状腺肿一样，这种D1介导的T3产生出现在过度活跃的甲状腺中。甲状腺功能减退症与甲状腺功能亢进症中D2和D3活性的改变会产生重要的效应。在表达这些酶的器官中，活性的改变用以维持细胞水平上的T3浓度。
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